JP2007255562A

JP2007255562A - 転がり軸受装置

Info

Publication number: JP2007255562A
Application number: JP2006080637A
Authority: JP
Inventors: Tamiaki Rou; 黎明楼; Masahiro Kiji; 雅博貴治; Noriyasu Oguma; 規泰小熊; Takashi Shimoi; 隆司下井
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2006-03-23
Filing date: 2006-03-23
Publication date: 2007-10-04

Abstract

【課題】超音波センサの取付け時の位置決め精度を向上させ、予圧を精度よく求めることができる転がり軸受装置を提供する。
【解決手段】軌道部材3の予圧を受ける部分に、接触角方向に垂直なセンサ取付け面が設けられて、このセンサ取付け面に超音波センサ2が取り付けられている。処理手段は、予圧と以下の式で求められるエコー比との相関関係を利用して予圧を求める予圧演算部を有している。
エコー比＝１００×（Ｈ(t)−Ｌ(t)）／Ｈ(t)
Ｈ(t)：転動体が超音波センサから半ピッチ離れたときのエコー強度
Ｌ(t)：転動体が超音波センサ直下に位置するときのエコー強度。
【選択図】図１

Description

この発明は、転がり軸受装置に関し、特に予圧管理機構を備えた転がり軸受装置に関する。

予圧管理機構を備えた転がり軸受装置として、固定側軌道部材、回転側軌道部材および転動体を有する転がり軸受と、転がり軸受の予圧を計測する超音波センサと、超音波センサの出力から予圧を求める処理手段を備えているものが提案されている（例えば特許文献１参照）。
特開２００４−１００８４１号公報

上記特許文献１の転がり軸受装置によると、超音波センサの取付け時の位置決め精度によって、超音波センサの出力が違ってくることから、予圧検出精度の向上が望まれている。

この発明の目的は、超音波センサの取付け時の位置決め精度を向上させ、予圧を精度よく求めることができる転がり軸受装置を提供することにある。

この発明によるセンサ装置は、固定側軌道部材、回転側軌道部材および転動体を有する転がり軸受と、転がり軸受の予圧を計測する超音波センサと、超音波センサの出力から予圧を求める処理手段とを備えている転がり軸受装置において、軌道部材の予圧を受ける部分に、接触角方向に垂直なセンサ取付け面が設けられて、このセンサ取付け面に超音波センサが取り付けられており、処理手段は、予圧と以下の式で求められるエコー比との相関関係を利用して予圧を求める予圧演算部を有していることを特徴とするものである。

エコー比＝１００×（Ｈ(t)−Ｌ(t)）／Ｈ(t)
Ｈ(t)：転動体が超音波センサから半ピッチ離れたときのエコー強度
Ｌ(t)：転動体が超音波センサ直下に位置するときのエコー強度。

転がり軸受は、深溝玉軸受（接触角０°）であってもよく、アンギュラー玉軸受（接触角≠０°）であってもよく、また、ころ軸受その他の軸受であってもよい。また、転動体は、単列でも複列でもよい。

超音波センサは、振動子から出力された超音波の反射波を受信部で受けることにより、超音波の反射波を求めるもので、転動体と軌道部材との間に作用する荷重が大きいと、接触面積も大きくなり、反射波は小さくなる。したがって、反射波から予圧を求めることができる。超音波センサの数は、１つでよいが、精度を向上させるために、例えば周方向に等間隔で複数超音波センサを配置するようにしてもよい。

取付け面には、超音波センサの形状に合う平坦面となるように、研磨等が施される。取付け面は、超音波センサが取り付けられる部分にだけ設けてもよく、切削または研削により周方向全周に設けてもよい。

接触角方向に垂直な取付け面は、「予圧前の接触角」を基準にしてもよく、また、「予圧後の目標接触角」を基準にしてもよい。

転がり軸受がアンギュラー玉軸受の場合には、最適予圧を付加したときのアンギュラー玉軸受の接触角方向に垂直となるようにセンサ取付け面が形成されていることが好ましい。このようにすると、最適予圧の時にエコー比がピークとなるので、予圧の管理がしやすいものとなる。

予圧は、上記の式で得られるエコー比と非常に高い相関関係を有している。すなわち、予圧の大きさによってエコー比が変化し、エコー比と予圧との関係は、予め求めておくことができるので、これを予め実験的に求めておくことにより、エコー比から予圧を精度よく求めることができる。

転がり軸受としては、車軸用のもの（自動車用ハブユニット）が適しており、この場合、固定側軌道部材は、内周面に２列の外輪軌道が形成されている円筒部と、円筒部に設けられて車体にボルトで取り付けられるフランジ部とを有し、回転側軌道部材は、第１の軌道溝を有しかつ車輪を取り付けるための複数のボルトが固定されるフランジ部が設けられた内軸と、第２の軌道溝を有し内軸端部に嵌め止められている内輪とを有し、転動体は、回転側軌道部材の内軸と固定側軌道部材の円筒部との間に１列と、回転側軌道部材の内輪と固定側軌道部材の円筒部との間に１列との２列に設けられているものとされる。

この車軸用転がり軸受装置においては、内輪と内軸の固定方法として、内輪と内軸とが、内軸の内輪側の端部を塑性変形させる（かしめ止めする）ことにより固定されていることがあり、内軸の左端部に設けられたおねじ部にねじ合わされたナットによって、内輪が内軸に固定されていることがある。

そして、取付け面は、内輪側の転動体を径方向外方から所定角度（接触角方向）で臨むように、固定側軌道部材のフランジ部に形成されていることがあり、また、取付け面は、内軸側の転動体を径方向内方から所定角度（接触角方向）で臨むように、回転側軌道部材の内軸に形成されていることがある。

さらにまた、固定側軌道部材の外周面に、例えば断面三角形状の凸部が設けられて、この凸部の一方の側面が転動体の接触角方向にほぼ直交するセンサ取付け面とされていることがある。このように、凸部を形成することにより、上記フランジ部のようにセンサ取付け面を形成するのに適当な部分がない形状の転がり軸受装置に対しても、超音波センサを設置することができる。

超音波センサは、予圧管理だけのものとされてももちろんよいが、取付け面が固定側軌道部材のフランジ部に形成されている場合には、超音波センサを予圧計測後にも使用することとし、転がり軸受またはハブユニットの頂部、底部、前部および後部の計４カ所に超音波センサを配置し、これら４つのデータから転がり軸受に作用する荷重（ハブユニットの場合はタイヤ接地荷重）の３分力（上下方向荷重、前後方向荷重および左右方向荷重）が求められるようにすることもできる。

この発明の転がり軸受装置によると、接触角方向に垂直なセンサ取付け面が設けられて、この面に超音波センサが取り付けられているので、超音波センサの取付け精度のバラツキによる予圧検出精度の低下が防がれるとともに、予圧とエコー比との相関関係は、非常に高いので、演算時のバラツキも小さいものとなり、極めて高い精度で予圧を検出することができる。

この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。

図１は、この発明の転がり軸受装置の第１実施形態を示している。以下の説明において、左右は図１の左右をいうものとする。なお、左が車両の内側に、右が車両の外側となっている。

この転がり軸受装置は、転がり軸受としてのハブユニット(1)と、転がり軸受の予圧を計測する超音波センサ(2)と、超音波センサ(2)の出力から予圧を求める処理手段（図示略）とを備えている。

ハブユニット(1)は、車体側に固定される固定側軌道部材(3)、車輪が取り付けられる回転側軌道部材(4)、および両部材(3)(4)の間に左右２列に配置された複数の転動体である玉(5)(6)を備えている。

固定側軌道部材(3)は、軸受の外輪（固定輪）機能を有しているもので、内周面に２列の外輪軌道溝が形成されている円筒部(11)と、円筒部(11)の左端部近くに設けられて懸架装置（車体）にボルトで取り付けられるフランジ部(12)とを有している。

回転側軌道部材(4)は、第１の軌道溝(15a)を有する内軸(15)と、第２の軌道溝(16a)を有し内軸(15)の左端部に嵌め止められている内輪(16)とからなる。内軸(15)の右端近くには、車輪を取り付けるための複数のボルト(18)が固定されたフランジ部(17)が設けられている。内輪(16)と内軸(15)とは、内軸(15)の左端部(19)を塑性変形させて、内輪(16)をかしめ止めすることにより一体化されている。

固定側軌道部材(3)の各軌道溝および回転側軌道部材(4)の各軌道溝(15a)(16a)は、玉(5)(6)の接触角（呼びの接触角）が４０°となるように形成されている。

固定側軌道部材(3)のフランジ部(12)は、左列の玉(5)の軸方向の中心よりも若干右側に設けられており、その右部に、接触角方向にほぼ直交するセンサ取付け面(13)が形成されている。超音波センサ(2)は、このセンサ取付け面(13)に取り付けられて、径方向外方の接触角方向から左列の玉(5)と固定側軌道部材(3)との接触面に臨まされている。なお、転がり軸受装置の種類によっては、懸架装置（車体）に取り付けられるフランジ部が左列の玉(5)の軸方向中心よりも左側に設けられている場合があるが、この場合であっても、センサ取付け面が接触角方向とほぼ直交していればよい。

センサ取付け面(13)は、より正確には、最適予圧を付加したときの接触角方向αに垂直となるように形成されている。例えば、呼び接触角４０°として、最適予圧を付加したときの接触角が４０°の場合、センサ取付け面(13)の法線は、α＝４２°方向の軸線と一致している。

超音波センサ(2)は、振動子から出力された超音波の反射波を受信部で受けることにより、その反射波を求めるもので、その出力は、以下に示すエコー比として求められる。

エコー比＝１００×（Ｈ(t)−Ｌ(t)）／Ｈ(t)
Ｈ(t)：玉（転動体）が超音波センサから半ピッチ離れたときのエコー強度
Ｌ(t)：玉（転動体）が超音波センサ直下に位置するときのエコー強度。

このエコー比は、予圧と比例関係にあるアキシアル荷重と図２に示す関係を有しており、これを利用してエコー比から予圧を精度よく求めることができる。玉(5)に作用する荷重が大きいと、接触面積が大きくなって反射波が小さくなることから、予圧の増加とともに、エコー比も増加する。したがって、上記エコー比の式を処理手段の予圧演算部に蓄えておくことにより、予圧を得ることができる。

図３は、この発明の転がり軸受装置の第２実施形態を示している。以下の説明において、第１実施形態と同じ構成には同じ符号を付してその説明を省略する。

この転がり軸受装置は、転がり軸受としてのハブユニット(1)と、転がり軸受の予圧を計測する超音波センサ(7)と、超音波センサ(7)の出力から予圧を求める処理手段（図示略）とを備えている。

この実施形態では、回転側軌道部材(4)の内軸(15)の右端部に設けられている略円錐状の凹部(20)を利用して、この凹部(20)内面に、右列の玉(6)の接触角方向にほぼ直交するセンサ取付け面(21)が形成されており、超音波センサ(7)は、このセンサ取付け面(21)に取り付けられて、径方向内方の接触角方向から右列の玉(6)と回転側軌道部材(4)との接触面に臨まされている。

センサ取付け面(21)は、より正確には、最適予圧を付加したときの接触角方向βに垂直となるように形成されている。例えば、呼び接触角４０°として、最適予圧を付加したときの接触角が４０°の場合、センサ取付け面(13)の法線は、α＝４２°方向の軸線と一致している。

第２実施形態の処理手段は、第１実施形態と全く同じである。図示省略したが、第２実施形態において、固定側軌道部材(3)のフランジ部(12)のセンサ取付け面(13)に第１実施形態の超音波センサ(2)を取り付けて、２方向から予圧を管理するようにしてももちろんよい。

図４は、この発明の転がり軸受装置の第３実施形態を示している。以下の説明において、第１実施形態と同じ構成には同じ符号を付してその説明を省略する。

この実施形態では、右列の玉(6)の接触角方向にほぼ直交するセンサ取付け面(42)を形成するために、固定側軌道部材(3)の外周面かつ右列の玉(6)側に、断面三角形状の凸部(41)が設けられて、この凸部(41)の一方の側面(42)が右列の玉(6)の接触角方向にほぼ直交するセンサ取付け面とされている。超音波センサ(2)は、このセンサ取付け面(42)に取り付けられて、径方向外方の接触角方向から右列の玉(6)と固定側軌道部材(3)との接触面に臨まされている。このように、凸部(41)を形成することにより、第１実施形態のフランジ部(12)や第２実施形態の凹部(20)のようにセンサ取付け面(13)(21)を形成するのに適当な部分がない形状の転がり軸受装置に対しても、予圧を計測する超音波センサ(2)を設置することができる。

なお、上記においては、センサ付きハブユニットについて説明したが、上記予圧管理のための超音波センサおよびその処理手段は、ハブユニット以外の各種転がり軸受に一体化して使用することができる。

図１は、この発明による転がり軸受装置の第１実施形態を示す縦断面図である。図２は、超音波センサで得られるエコー比と予圧（アキシアル荷重）との関係を示すグラフである。図３は、この発明によるセンサ付き転がり軸受装置の第２実施形態を示す縦断面図である。図４は、この発明によるセンサ付き転がり軸受装置の第３実施形態を示す縦断面図である。

符号の説明

(1) ハブユニット（転がり軸受）
(2)(7) 超音波センサ
(3) 固定側軌道部材（被検知部）
(4) 回転側軌道部材
(5) 玉（転動体）
(13)(21)(42) 取付け面

Claims

固定側軌道部材、回転側軌道部材および転動体を有する転がり軸受と、転がり軸受の予圧を計測する超音波センサと、超音波センサの出力から予圧を求める処理手段とを備えている転がり軸受装置において、軌道部材の予圧を受ける部分に、接触角方向に垂直なセンサ取付け面が設けられて、このセンサ取付け面に超音波センサが取り付けられており、処理手段は、予圧と以下の式で求められるエコー比との相関関係を利用して予圧を求める予圧演算部を有していることを特徴とする転がり軸受装置。
エコー比＝１００×（Ｈ(t)−Ｌ(t)）／Ｈ(t)
Ｈ(t)：転動体が超音波センサから半ピッチ離れたときのエコー強度
Ｌ(t)：転動体が超音波センサ直下に位置するときのエコー強度
転がり軸受は、アンギュラー玉軸受であり、最適予圧を付加したときのアンギュラー玉軸受の接触角方向に垂直となるようにセンサ取付け面が形成されている請求項１の転がり軸受装置。
固定側軌道部材は、内周面に２列の外輪軌道が形成されている円筒部と、円筒部に設けられて車体にボルトで取り付けられるフランジ部とを有し、回転側軌道部材は、第１の軌道溝を有しかつ車輪を取り付けるための複数のボルトが固定されるフランジ部が設けられた内軸と、第２の軌道溝を有し内軸端部に嵌め止められている内輪とを有し、転動体は、回転側軌道部材の内軸と固定側軌道部材の円筒部との間に１列と、回転側軌道部材の内輪と固定側軌道部材の円筒部との間に１列との２列に設けられている請求項１または２の転がり軸受装置。
取付け面は、内輪側の転動体を径方向外方から所定角度で臨むように、固定側軌道部材のフランジ部に形成されている請求項３の転がり軸受装置。
取付け面は、内軸側の転動体を径方向内方から所定角度で臨むように、回転側軌道部材の内軸に形成されている請求項３の転がり軸受装置。